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22. Februar 2013, 06:26 Uhr

Permafrost

Gefahr für den Treibhausgas-Tresor

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Ein Viertel der Landmasse auf der Nordhalbkugel ist dauerhaft gefroren. Wie ein Tresor umschließt der Permafrost mindestens 1700 Gigatonnen Kohlenstoff. Wie stabil sind diese Regionen? Eine neue Studie legt nahe, dass schon ein geringer Temperaturanstieg fatale Folgen haben könnte.

Das frostige Verlies birgt ein dunkles Geheimnis. Immerhin ein Viertel der Landmasse auf der Nordhalbkugel ist gefroren - und umschließt wie ein Tresor mindestens 1700 Gigatonnen Kohlenstoff. Diese unvorstellbar große Menge stammt von zahllosen Generationen von Lebewesen, die in den betreffenden Gebieten über Jahrmillionen wuchsen und vergingen.

Ein Teil der abgestorbenen Pflanzen und Tiere wurde nicht von Mikroorganismen vertilgt, weil es dafür irgendwann einfach zu kalt war. Doch langsam taut der Permafrost. Würde der Untergrund irgendwann großflächig tauen, dann gingen auch die bakteriellen Zersetzungsreaktionen im großen Stil weiter - und große Mengen an Treibhausgas entstünden. Insgesamt liegt im Permafrost etwa doppelt so viel Kohlenstoff verborgen wie in gasförmigen Verbindungen derzeit durch die Erdatmosphäre wabert.

Würden nennenswerte Teile davon frei, hätte das fatale Folgen für das Weltklima. Daher stellen sich Wissenschaftler seit einiger Zeit eine bange Frage: Wie stark setzt die Erderwärmung den Permafrostgebieten eigentlich zu? Mit ausgeklügelten Mess-Netzwerken wird das Schicksal des Bodens akribisch überwacht. Eine gerade im Fachmagazin "Science" veröffentlichte Studie legt nahe, dass große Areale womöglich schon bei geringfügig höheren Temperaturen tauen könnten.

Forscher um Anton Vaks von der University of Oxford hatten sich kalkhaltige Ablagerungen aus insgesamt sechs sibirischen Höhlen angesehen. Konkret ging es um sogenannte Speläotheme. Unter diesem Oberbegriff werden unter anderem die aus Tropfsteinhöhlen bekannten Stalagmiten und Stalaktiten zusammengefasst. "Speläotheme wachsen nur, wenn Regen- und Schmelzwasser durch Risse im Gestein in die Höhlen gelangen", sagt Anton Vaks. "Und diese Prozesse laufen nur bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt ab."

Weil Wasser bei gefrorenem Boden nicht über Spalten ins Innere der Höhlen gelangen kann, sind die Mineralablagerungen ein präzises Klimaarchiv: In wärmeren Zeiträumen, den sogenannten Interglazialen, sprießen die Kalkzapfen; in kalten Phasen, den sogenannten Glazialen, tun sie es nicht. So entsteht ein Muster, das an die Jahresringe von Bäumen erinnert.

Datiert wurden die insgesamt 36 Fundstücke mit der Uran-Thorium-Methode. Sie macht sich den radioaktiven Zerfall von Uran-Isotopen zunutze, bei dem über die Zeit Thorium entsteht. Die Uranverbindungen lösen sich im Wasser und gelangen so in die Speläotheme. Das entstehende Thorium ist dagegen nicht wasserlöslich - und bleibt in den Ablagerungen zurück.

Mit der Methode können Forscher ungefähr 500.000 Jahre in die Vergangenheit schauen. Speläotheme in heutigen Permafrostgebieten müssen aus einer Zeit stammen, als es dort noch deutlich wärmer war - und Wasser fließen konnte. Die Forscher konnten zeigen, dass die Ablagerungen in der am weitesten nördlich gelegenen Höhle Lenskaya Ledyanaya nur in den wärmsten Zeiträumen eines einzigen Interglazials wuchsen, und zwar vor etwa 400.000 Jahren.

Damals lagen die Temperaturen nach ihrer Schätzung etwa ein bis zwei Grad über den heutigen Werten. Spuren dieser Super-Warmzeit waren unter anderem auch durch Pollenablagerungen und Resten von Kieselalgen in den Sedimenten des arktischen Elgygytgyn-Sees nachgewiesen worden. Und sogar im Süden Grönlands sprossen damals wohl zahlreiche Bäume.

In Zeiten hoher Temperaturen zieht sich der Permafrost weiter nach Norden zurück. Die Höhle Lenskaya Ledyanaya liegt auf gut 60 Grad Nord, wo in der Region aktuell die Grenze des kontinuierlichen Permafrosts verläuft. Wäre es ein bis zwei Grad wärmer, wie während des Interglazials vor etwa 450.000 Jahren, sähe das wohl anders aus: "Das ist möglicherweise die Schwelle, bei der kontinuierlicher Permafrost verwundbar wird", sagt Forscher Vaks.

"Gut und schlüssig argumentiert, tolle Daten, viel Fleißarbeit", lobt Hanno Meyer vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Potsdam die Arbeit. Erstmalig würden Speläotheme genutzt, um die räumliche Veränderung der südlichen Permafrostgrenze nachzuzeichnen. Gerade über die älteren Warmzeiten gebe es in diesen Regionen wenig Informationen. Allerdings sei die Untersuchungsmethode für viele andere Permafrostlandschaften nicht geeignet. Diese Bereiche seien oftmals länger als 500.000 Jahre gefroren - und liegen damit jenseits der Grenze der Datierungsmethode.

Der gefrorene Boden ist - je nach Lage - unterschiedlich dick. Mal handelt es sich nur um ein paar Meter, mal sind es anderthalb Kilometer. Und ein Großteil des Permafrosts liegt viel weiter im Norden als die bisher von Vaks und seinen Kollegen untersuchte Region, zum Teil sogar am Boden des Meeres. Was bedeuten die aktuellen Ergebnisse nun für diese arktischen Bereiche? "Wir wissen, dass wir mit weiteren Untersuchungen weiter nach Norden gehen müssen", gesteht Forscher Vaks ein. In den kommenden beiden Jahren will er zusammen mit seinen Kollegen dort nach weiteren Höhlen suchen - und nach datierbaren Speläothemen.

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